## Pembuatan Biogas Dari Berbagai Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit
Irvan 1 , Irma Suraya 1 , Hari Tiarasti 1 , Bambang Trisakti 1 , Rosdanelli Hasibuan 1 , Yoshimasa Tomiuchi 2
1 Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Jl. Almamater Kampus USU Medan 20115, Indonesia irvan@usu.ac.id
2 R&D Centre, METAWATER Co.,Ltd., 7, Yawata-kaigandori, Ichihara-city, Chiba 290-8511, Japan tomiuchi-yoshimasa@metawater.co.jp

## Abstrak
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  memproduksi  biogas  dari  limbah  cair  yang  diperoleh  dari  berbagai  pabrik  kelapa  sawit  (PKS),  sehingga diperoleh  informasi  limbah  cair  dari  PKS  mana  yang  memiliki  potensi  paling  besar  untuk  digunakan  sebagai  bahan  baku.  Penelitian  ini dilakukan  pada  skala  laboratorium  menggunakan  tangki  fermentor  tipe  continuous  stirred  tank  reactor  (CSTR)  dengan  volume  2  liter. Fermentor dilengkapi dengan pemanas untuk menjaganya bekerja pada kondisi termofilik yaitu temperatur 55 o C, mixer dan 2 unit pompa yang  bekerja  secara  intermitten.  Bahan  kimia  utama  yang  digunakan  adalah  natrium  bikarbonat  (NaHCO 3 ),  amonium  bikarbonat (NH 4 HCO 3 )  dan  trace  metals.  Variabel-variabel  yang  diamati  antara  lain  total  solid  (TS),  volatile  solid  (VS),  M-alkalinitas  dan  produksi biogas pada laju pengisian substrat atau hydraulic retention  time (HRT) yang sama yaitu 6 hari. Dari hasil penelitian ini diperoleh bahwa pada HRT 6 hari, PKS PT. Sisirau memiliki produksi biogas tertinggi  yaitu 12,7 liter/hari dan produksi biogas terendah berasal dari PKS Pagar Merbau sebesar 2,36 liter/hari. Kandungan TS dan VS yang tertinggi berasal dari PKS Sisirau sebesar 58.610 mg/l dan 45.400 mg/l sedangkan yang terendah berasal dari PKS  Rambutan sebesar 42.000 mg/l dan 37.100 mg/l.
Kata kunci : biogas, limbah cair pabrik kelapa sawit, termofilik, anaerobik

## Abstract
The purpose of this research is to generate biogas from palm oil mill effluent (POME) taken from various palm oil mills, in order to obtain information  which  mill  has  the  biggest  potential  to  be  used  as  raw  material.  Experiments  were  conducted  at  laboratory  scale  using  a continuous stirred tank reactor (CSTR) with a volume of two liters. Reactor was equipped with heater to maintain its temperature at 55 o C, mixer  and  two  pumps  which  work  in  intermittent  mode.  Main  chemicals  used  in  this  research  were  sodium  bicarbonate  (NaHCO 3 ), ammonium bikarbonat (NH 4 HCO 3 ), and trace metals. Observed variables were volume of biogas, total solid (TS) and volatile solid (VS), at hydraulic retention time (HRT) 6 days. The results of this study showed that at the same HRT, POME of PT. Sisirau has the highest biogas production, 12.7 liter/day, while Pagar Merbau’s POME has the lowest biogas production, 2.36 liter/day. The highest content of TS and VS were from Sisirau’s POME, 58,610 and 45,400 mg/l, respectively, while the lowest content were from Rambutan’s POME, 42,000 mg/l for TS and 37,100 mg/l for VS.
Keywords : biogas, palm oil mill effluent (POME), thermophilic, anaerobic

## Pendahuluan
Indonesia  menjadi  salah  satu  negara  yang  paling  besar dalam  produksi  CPO  ( Crude  Palm  Oil ).  Namun  timbul permasalahan  baru  yaitu  makin  banyaknya  limbah  yang dihasilkan  [4].  Satu  ton  tandan  buah  segar  (TBS)  dapat dikonversi menjadi 0,2 ton CPO (Crude Palm Oil), sementara 0,66  ton  akan  dikonversi  menjadi  limbah  cair  pabrik  kelapa sawit  (LCPKS)  [2].  Limbah  tersebut  dapat  dimanfaatkan menjadi biogas. Kandungan utama dari biogas adalah metana. Pemanfaatan  gas  metana  sebagai  bahan  bakar  memiliki  nilai ekonomis  yang  tinggi  dan  sesuai  dengan  skenario  penurunan gas  rumah  kaca  yang  dituangkan  dalam Clean  Development Mechanism (CDM). Gas metana sebanyak 1 m 3 setara dengan 0,65  kg  gas  elpiji  (LPG).  Maka,  dengan  penggunaan  metana dapat  menghemat  penggunaan  bahan  bakar  dari  sumber unrenewable [6].
Beberapa  hal  yang  menarik  pada  teknologi  biogas adalah  kemampuannya  untuk  membentuk  biogas  dari  limbah organik yang jumlahnya berlimpah dan tersedia secara bebas. Variasi dari sifat-sifat biokimia menyebabkan produksi biogas
juga  bervariasi.  Sejumlah  bahan  organik  dapat  digunakan bersama-sama dengan beberapa persyaratan produksi gas atau pertumbuhan  normal  bakteri  metan  yang  sesuai.  Beberapa sifat  bahan  organik  tersebut  mempunyai  dampak  yang  nyata pada tingkat produksi gas [5].
Di dalam perencanaan pembuatan pabrik biogas, bahan baku limbah cair kelapa sawit sangat perlu diperhatikan. Oleh sebab  itu,  diperlukan  penelitian  untuk  memperoleh  informasi mengenai  bahan  baku  limbah  cair  kelapa  sawit  dari  pabrik kelapa  sawit  yang  mana  paling  bagus  untuk  memproduksi biogas.

## Teori
Biogas  merupakan    produk  akhir  dari  degradasi anaerobik bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerobik dalam lingkungan  dengan  sedikit  oksigen.  Komponen  terbesar  yang terkandung dalam biogas adalah metana 55 – 70 % dan karbon dioksida 30 – 45 % serta sejumlah kecil nitrogen dan hidrogen sulfida  [3].    Tapi  metana  (CH 4 )  yang  terutama  dimanfaatkan sebagai bahan bakar. Apabila kandungan metana dalam biogas
lebih  dari  50%  maka  biogas  tersebut  telah  layak  digunakan sebagai  bahan  bakar.    Tabel  1  menunjukan  komposisi  biogas secara umum.
Tabel 1.  Komposisi Biogas Secara Umum [3]
Kandungan  yang  terdapat  dalam  biogas  dapat mempengaruhi  sifat dan  kualitas biogas sebagai bahan bakar. Kandungan  yang  terdapat  dalam  biogas  merupakan  hasil  dari proses metabolisme mikroorganisme. Biogas yang kandungan metananya  lebih  dari  45%  bersifat  mudah  terbakar  dan merupakan  bahan  bakar  yang  cukup  baik  karena  memiliki nilai  kalor  bakar  yang  tinggi.  Tetapi    jika  kandungan  CO 2 dalam biogas sebesar 25 – 50 % maka dapat mengurangi nilai kalor  bakar  dari  biogas  tersebut.  Sedangkan  kandungan  H 2 S dalam  biogas  dapat  menyebabkan  korosi  pada  peralatan  dan perpipaan  dan  nitrogen  dalam  biogas  juga  dapat  mengurangi nilai  kalor  bakar  biogas  tersebut.  Selain  itu  terdapat  uap  air yang  juga  dapat  menyebabkan  kerusakan  pada  pembangkit yang digunakan [3].

## Metodologi Penelitian
Bahan  baku  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah limbah  cair  kelapa  sawit  dari  berbagai  pabrik  kelapa  sawit yaitu,  PKS  Pagar  Merbau,  PKS  Sisirau  dan  PKS  Rambutan. Penelitian  dilakukan  dengan  proses  fermentasi  anerobik termofilik  menggunakan  fermentor  jenis Continous  Stirred Tank  Reactor (CSTR)  dengan  volume  2  liter,  pengadukan 100-110  rpm  dan  HRT  6  hari.  Analisa  yang  dilakukan  pada penelitian ini meliputi analisa cairan pada limbah yang belum difermentasi  dan  dengan  limbah  yang  sudah  difermentasi. Analisa  cairan  ini  terdiri  dari  :  kadar total  solid (TS),  abu ( ash ), volatile  solid (VS),  BOD,  COD  dan  M-alkalinitas. Volume  biogas  yang  dihasilkan  juga  diukur  perharinya menggunakan wet gas meter . Rangkaian penelitian diperlihatkan pada Gambar 1.
Pada  awal  percobaan,  fermentor  diberi  umpan  POME dengan  HRT  80  hari.  Bila  kinerja  fermentasi  dinilai  baik berdasarkan volume biogas yang dihasilkan dan M-alkalinitas, maka  laju  HRT  dapat  diturunkan  dengan  menambah  laju umpan  harian  sebesar  20%.  Pengumpanan  dilakukan  secara otomatis  dengan  bantuan timer sebanyak  4  kali  sehari. Temperatur fermentor diatur sehingga termofilik sekitar 55 o C dengan pH dijaga konstan antara 6,5  – 8. Untuk setiap 1 liter umpan LCPKS, ditambahkan 300 μL campuran logam ( FeCl 2 , NiCl.6H 2 O dan CoCl 2 .6H 2 O) dan sebagai nutrisi ditambahkan 1,13  gram/liter  NH 4 HCO 3 untuk  mencukupi  kebutuhan nitrogen.  Campuran  diaduk  rata  sebelum  dimasukkan  ke dalam tangki umpan.
2 4 3 5 6 7 8 1 10 11 1 12 9 12 Keterangan: 1. Mixer 7.  Pompa Outlet 2. Tangki Pencampur 8.  H 2 S Adsorber 3. Pompa Inlet 9.  Termometer 4. Fermentor 10. pH Meter 5. Gas Meter 11. Data Logger 6. Tangki Keluaran 12. Timer

## Gambar 1. Rangkaian Peralatan Penelitian

## Hasil
a.  Perbandingan  Hasil  Karakteristik  LCPKS  dan  Cairan Keluaran Fermentasi dari Berbagai PKS
Tabel  2  memperlihatkan  hasil  karakterisasi  limbah  cair segar  yang  diambil  dari  tiga  lokasi  yang  berbeda  yaitu  PKS Rambutan,  PKS  Pagar  Merbau  dan  PKS  Sisirau  dan  juga cairan keluaran fermentor.

## Tabel 2. Karakteristik LCPKS dan cairan keluaran fermentor dari berbagai PKS
Para meter PKS Rambutan PKS Pagar Merbau PKS Sisirau Baku mutu * LCPKS Keluaran LCPKS Keluaran LCPKS Keluaran BOD (mg/l) 36.000 28.000 33.000 6.700 50.000 9.100 250 COD (mg/l) 53.000 44.000 56.000 17.000 76.000 22.000 500 TS (mg/l) 42.000 35.800 43.780 18.700 58.610 33.660 300 Minyak dan Lemak (mg/l) 3.300 Ttd 7.900 Ttd 7.200 Ttd 20 NH 4 -N (mg/l) 20 240 44 390 90 260 20 pH 7,55 7,86 7,35 7,48 7,34 7,53 6 - 9
*) Sumber: Keputusan Menteri LH No: Kep.51/MENLH/10/1995) Ttd = tidak terdeteksi
Tabel  2  memperlihatkan  bahwa  nilai  parameter  BOD, COD, TS, minyak dan lemak dan NH 4 -N, baik untuk LCPKS segar maupun untuk keluaran fermentor berada diatas ambang baku  mutu  limbah  sehingga  limbah  tersebut  tidak  boleh dibuang  ke  sembarang  tempat  karena  berdampak  negatif terhadap  lingkungan,  sehingga  diperlukan  pengolahan  lebih lanjut agar berada di bawah baku mutu. Sedangkan parameter pH masih berada di antara 6-9 baku mutu limbah.
Berdasarkan Tabel 2 juga dapat dilihat parameter BOD, COD,  TS,  minyak  dan  lemak  antara  LCPKS  dan  keluaran mengalami  penurunan  akibat  terjadinya  fermentasi  sehingga nilai pada keluarannya juga mengalami penurunan. Sedangkan
Komposisi Biogas Jumlah
Metana (CH 4 )
Karbon dioksida (CO 2 ) Nitrogen (N 2 )
Hidrogen Sulfida (H 2 S) 55 – 70 % 30 – 45 % 0 – 0,3 % 1 – 5 %
nilai  pada  parameter  NH 4 -N  antara  LCPKS  dan  keluaran mengalami peningkatan karena adanya penambahan zat kimia yaitu natrium bikarbonat (NaHCO 3 ) dan amonium bikarbonat (NH 4 HCO 3 ) sehingga nilai tersebut mengalami peningkatan.

## b. Perbandingan Produksi Biogas Antara PKS Rambutan, PKS Pagar Merbau dan PKS Sisirau
Gambar  2  memperlihatkan  produksi  biogas  yang dihasilkan  dari  fermentasi  limbah  cair  pabrik  kelapa  sawit yang  diambil  dari  tiga  lokasi  yang  berbeda  yaitu  PKS Rambutan, PKS Pagar Merbau dan PKS Sisirau.

## Gambar 2.  Perbandingan Produksi Biogas dari Berbagai LCPKS
Dari  gambar  2  dapat  dilihat  perbandingan  produksi biogas  antara  limbah  cair  kelapa  sawit  dari  berbagai  PKS. Limbah  cair  kelapa  sawit  dari  PKS  Sisirau  memiliki  tingkat produksi  biogas  yang  lebih  tinggi  sebesar  12,7  liter/hari dibandingkan PKS yang lain. PKS Pagar Merbau menghasilkan biogas dengan nilai terendah yaitu sebesar 2,36 liter/hari.  Tetapi  jika  dilihat  dari  kestabilan  dalam memproduksi  biogas,  limbah  cair  dari  PKS  Rambutan  relatif memiliki  kestabilan  yang  bagus  dalam  memproduksi  biogas. Hal  ini  sesuai  dengan  teori  yang  menyebutkan  bahwa  variasi dari  sifat-sifat  biokimia  menyebabkan  produksi  biogas  juga bervariasi. Sejumlah bahan organik dapat digunakan bersama- sama  dengan  beberapa  persyaratan  produksi  gas  atau pertumbuhan  normal  bakteri  metan  yang  sesuai.  Beberapa sifat  bahan  organik  tersebut  mempunyai  dampak  yang  nyata pada tingkat produksi gas [5].

## c. Perbandingan TS dan VS Antara PKS Rambutan, PKS Pagar Merbau dan PKS Sisirau
Total  Solid (TS)  digunakan  untuk  mengetahui  jumlah bahan  kering (meliputi abu dan bahan organik)  yang terdapat dalam  suatu  bahan.  Dengan  kata  lain,  air  dalam  bahan  harus diuapkan  untuk  mengetahui  nilai  ini  [1].  Gambar  3  dan  4 memperlihatkan  perbandingan  TS  dan  VS  dari  fermentasi limbah  cair  pabrik  kelapa  sawit  yang  diambil  dari  tiga  lokasi
yang  berbeda  yaitu  PKS  Rambutan,  PKS  Pagar  Merbau  dan PKS Sisirau.
Dari Gambar 3 diperlihatkan bahwa limbah cair kelapa sawit  dari  PKS  Sisirau  memiliki  kandungan  total  solid  yang lebih  tinggi  daripada  PKS  Rambutan  dan  Pagar  Merbau, penyebab  perbedaan  Total  Solid  diantara  ketiga  PKS  adalah kandungan  COD  yang  cukup  tinggi  diantara  ketiga  PKS tersebut.
Gambar 3.  Perbandingan Total Solid (TS) dari Berbagai LCPKS
Volatile  Solid (VS)  digunakan  untuk  mengetahui jumlah  bahan  organik  yang  terkandung  dalam  bahan,  yang dapat  dikonversikan  menjadi  metana  dan  karbondioksida dalam  proses anaerob .  Cara  untuk  mengetahuinya  adalah dengan  mencari  terlebih  dahulu,  kadar  abu  yang  diperoleh dengan  memanaskan  bahan  kering  hingga  temperatur  700 o C selama  2  jam  untuk  menghilangkan  atau  menguapkan  bahan padat volatile [1].
Gambar  4  menunjukkan  bahwa  limbah  cair  kelapa sawit  dari  PKS  Sisirau  memiliki  jumlah  bahan  organik  yang terkandung  dalam  bahan,  yang  dapat  dikonversikan  menjadi metana dan karbondioksida dalam proses anaerob yang lebih tinggi daripada PKS Rambutan dan Pagar Merbau.
Gambar 4.  Perbandingan Volatile Solid (VS) dari Berbagai LCPKS

## Kesimpulan
Dari  hasil  penelitian  yang  telah  dilakukan  dapat disimpulkan  beberapa  hal  bahwa  limbah  cair  kelapa  sawit yang diambil dari PKS Sisirau menghasilkan biogas terbanyak yakni    sebesar  12,7  liter/hari,  selain  itu  memiliki  nilai Total Solid (TS)  sebesar  58.610  mg/l  dan Volatile  Solid (VS) sebesar  45.400  mg/l  sehingga  sangat  bagus  jika  digunakan untuk  menghasilkan  biogas.  Selain  itu  diperoleh  parameter BOD PKS Rambutan sebesar 28.000 mg/l, COD 44.000 mg/l, TS    35.800  mg/l  dan  NH 4 -N  sebesar  240  mg/l.  Parameter BOD  PKS  Pagar  Merbau  sebesar  6.700  mg/l,  COD  sebesar 17.000, TS sebesar 18.700 mg/l dan NH 4 -N sebesar 390 mg/l. Parameter BOD PKS Sisirau sebesar 9.100 mg/l, COD sebesar 22.000, TS sebesar 33.660 mg/l dan NH 4 -N sebesar 260 mg/l. Ketiga PKS tersebut berada diatas ambang baku mutu limbah yang  dipersyaratkan  oleh  pemerintah  RI  sehingga  masih membutuhkan pengolahan lanjutan.

## Ucapan Terima Kasih
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  sebesar-besarnya  kepada Metawater  Co.  Ltd.  Jepang  dan  Fakultas  Teknik  USU  yang telah membiayai penelitian ini.

## Daftar Pustaka
[1] Chesshire,  M.  2005, Biogas  from  Energy  Crops  and Agrowastes , http://www.jyu.fi/science/muut_yksikot/ summerschool/en/history/JSS15report.pdf.  [diakses  10 September 2008]
[2] Chisti  Y, Biodiesel  from  microalgae, Biotechnology Advances , 25, 2007,  294-306.
[3] Deublein,  D  dan  Steinhauster,  A., Biogas  from  Waste and  Renewable  Resources.  An  Introduction , WILEY- VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2008.
[4] Pertus  Nugro  Rahardja, Studi  banding  teknologi pengolahan  limbah  cair  pabrik  kelapa  sawit .  Jurnal Teknik  Lingkungan,  Vol.10  No.1,  Jakarta,  2009,  ISSN 1441-318X.
[5] Wahyuni, S. Biogas , Penebar Swadaya, Jakarta, 2008.
[6] Wintolo,  Marhento  dan  Rochman  Isdiyanto, Prospek Pemanfaatan  Biogas  dari  Pengolahan  Air  Industri Tapioka, Pusat Penelitian dan Pengembangan Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan , vol. 10, no. 2, 2011, 103-112.